Nato a [[Tulsa]], nell'[[Oklahoma]], da una famiglia [[Ebrei|ebraica]]<ref>{{citeCita web|url=http://aboutfilm.com/features/greyzone/feature.htm|titletitolo=Feature Article and Interviews - THE GREY ZONE (2001)|publishereditore=Aboutfilm.com|accessdateaccesso=2014-07-15 luglio 2014}}</ref><ref>{{citeCita news|lastcognome=Bloom|firstnome=Nate|titletitolo=Jewish stars: Whales, ghosts and ‘Smash’|newspapergiornale=[[Cleveland Jewish News]]|datedata=February2 2,febbraio 2012|url=https://www.clevelandjewishnews.com/archives/jewish-stars-whales-ghosts-and-smash/article_77b968c0-4dde-11e1-a4ef-0019bb2963f4.html|accessdateaccesso=April16 16,aprile 2018}}</ref> di origini [[Russia|russe]] da parte di padre<ref name="nl.newsbank.com">{{citeCita web|url=http://nl.newsbank.com/nl-search/we/Archives?p_product=WT&p_theme=wt&p_action=search&p_maxdocs=200&p_topdoc=1&p_text_direct-0=0F6F9FF3E0B2D6ED&p_field_direct-0=document_id&p_perpage=10&p_sort=YMD_date:D&s_trackval=GooglePM|titletitolo=People adapt to 'Grey Zone' Jewish workers in Nazi camp|workopera=The Washington Times|accessdateaccesso=2014-07-15 luglio 2014}}</ref> e [[Germania|tedesche]] da parte di madre<ref name=NPRgrey>{{citeCita web|url=https://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=1152404|titletitolo='The Grey Zone'|publishereditore=NPR|datedata=2002-10-26 ottobre 2002|accessdateaccesso=15 luglio 2014-07-15}}</ref><ref>{{citeCita web|url=http://www.bluntreview.com/reviews/blake.htm|titletitolo=Archived copy|accessdateaccesso=2007-09-27 settembre 2007|deadurlurlmorto=yes|archiveurlurlarchivio=https://web.archive.org/web/20111002031656/http://www.bluntreview.com/reviews/blake.htm|archivedatedataarchivio=October2 2,ottobre 2011}}</ref><ref>{{citeCita web|url=http://www.huffingtonpost.com/jonathan-valania/o-brother-who-art-thou-a-_b_3001892.html|titletitolo=Jonathan Valania: O Brother Who Art Thou? A Q&A With Actor/Writer/Director Tim Blake Nelson|publishereditore=Huffingtonpost.com|datedata=3 aprile 2013-04-03|accessdateaccesso=1º luglio 2013-07-01}}</ref>, dopo aver studiato alla High School Holland Hall School e alla [[Università Brown|Brown University]], dove si fa notare anche come giocatore di [[hockey su ghiaccio]], Nelson debutta nel [[1992]] nel film di [[Nora Ephron]] ''[[This Is My Life (film)|This Is My Life]]''. In seguito, dopo alcuni lavori televisivi, ottiene il ruolo di un agente dell'[[Federal Bureau of Investigation|F.B.I.]] nel film ''[[Donnie Brasco (film)|Donnie Brasco]]'', prima di venire scelto da [[Terrence Malick]] per il film bellico ''[[La sottile linea rossa (film 1998)|La sottile linea rossa]]''. Dopo aver partecipato a ''[[Hamlet 2000]]'', lavora nel film dei [[Joel ed Ethan Coen|fratelli Coen]] ''[[Fratello, dove sei?]]'', nel quale si cimenta anche come cantante [[blues]].
Dopo aver già diretto un [[lungometraggio]] e un [[cortometraggio]], nel [[2001]] dirige ''[[O come Otello]]'', versione moderna del dramma di [[William Shakespeare]], nel stesso anno dirige anche ''[[La zona grigia]]'', ambientato nei [[Campo di concentramento di Auschwitz|campi di Auschwitz]], tema a lui caro visto che i nonni materni si rifugiarono negli [[Stati Uniti d'America|Stati Uniti]] nel [[1941]], a seguito delle ripercussioni naziste durante la [[Seconda guerra mondiale]]<ref name="nl.newsbank.com" />.
